(57)【要約】【課題】ＥＬＯ成長で形成される半導体光素子の効率を向上させる。【解決手段】半導体基板１１上に少なくとも一層はＥＬＯで成長が行われる半導体薄層１２〜１４が積層形成されるが、その際用いられるＥＬＯ成長マスク材層１５の内部あるいは下部に光を反射する金属ミラー層を配置できる。この金属ミラー層が、半導体薄層１２〜１４から発生する光を反射して光を素子前面に放射するため発光効率が向上する。入射光が金属ミラー層で反射して再び吸収されるから、受光効率が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板の上に積層形成された半導体積層膜であって、少なくともその一つの層が、金属ミラー層を配置したＥＬＯ成長マスク材層を用いて成長された積層膜を有する半導体光素子。
【請求項２】
前記金属ミラー層が前記ＥＬＯ成長マスク材と前記半導体基板の間に配置されたことを特徴とする請求項１記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記金属ミラー層が前記ＥＬＯ成長マスク材の内部に配置されたことを特徴とする請求項１記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記ＥＬＯ成長マスク材はシリコンチッカ膜であることを特徴とする請求項１乃至３記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記ＥＬＯ成長マスク材はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１乃至３記載の半導体光素子。
【請求項６】
前記金属ミラー層はチタン／金積層膜であることを特徴とする請求項１乃至５記載の半導体光素子。
【請求項７】
前記金属ミラー層はチタン／タングステン積層膜であることを特徴とする請求項１乃至５記載の半導体光素子。
【請求項８】
前記ＥＬＯ成長マスク材層は、ストライプ状の開口部を有することを特徴とする請求項１乃至７に記載の半導体光素子。
【請求項９】
前記ＥＬＯ成長マスク材層は、Ｌ字型の開口部を有することを特徴とする請求項１乃至７記載の半導体光素子。
【請求項１０】
半導体基板上に光半導体層の積層体を形成する工程であって、その一部に金属ミラー層を積層する工程及びその上にＥＬＯ成長用のマスク材を積層させる工程およびこのマスク材層の一部を除去して半導体基板に達する開口部を形成する工程と光半導体層をＥＬＯ成長させる工程を有することを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板上に光半導体層の積層体を形成する工程であって、その一部に金属ミラー層を内包したＥＬＯ成長用のマスク材を積層させる工程およびこのマスク材層の一部を除去して半導体基板に達する開口部を形成する工程及びこのマスク材層を用いて光半導体層をＥＬＯ成長させる工程を有することを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記マスク材を積層させる工程は、モノシランとアンモニアを共に供給し、２７０℃付近で高周波プラズマ分解で堆積することを特徴とする請求項１０乃至１１に記載の半導体光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は発光ダイオード（以下ＬＥＤと言う）や半導体レーザ（以下ＬＤと言う）などの半導体発光素子や光検出素子などの半導体光素子に関する。特にエピタキシャル・ラテラル・オーバーグロース法（以下ＥＬＯ法と言う）を用いて形成する半導体光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、半導体光素子、例えばＬＥＤを形成する場合、半導体基板上に活性層を含む半導体積層膜を形成して構成されるが、活性層からの光を効率的に半導体積層構造より外部へ取り出すために、種々の工夫がなされてきた。【０００３】  光を効率的に外部に取り出す構造の一例は、発生する光に対して透明な半導体基板を用いて、半導体基板下部の金属へ反射することにより効率よく光を外部へ取り出す構造であるが、これは発生する光の波長と半導体基板の禁制帯幅の組み合わせが密接に関係する。【０００４】  つまり発生する光の波長よりも短波長側に基礎吸収端がある半導体基板を選択する必要がある。【０００５】  また低抵抗半導体基板を用いた場合には、たとえ発生する光の波長よりも短波長側に基礎吸収端がある半導体基板を用いたとしても、発生した光が半導体基板中で自由キャリア吸収のために大幅に減衰する欠点がある。【０００６】  従来技術では発生した光を活性層下部に配置した金属部分で直接反射する構造として、効率的に素子外部へ取り出す構造がある。【０００７】  また、他の例は、一旦半導体基板上に発光層を形成した後、半導体基板を取り除き、発光層上部を裏返して金属反射ミラー構造のステム部に接着して、効率的に光を外部に取り出す構造がある。【０００８】  これは発光層からの光を半導体基板で吸収されることなく外部に取り出すことができるが、一旦半導体基板上に素子構造を形成した後に再び半導体基板を取り除き、薄く破損しやすい素子層を裏返して反射ミラー構造のステム上にマウントするなどの複雑なアセンブリ工程が必要となる欠点がある。【０００９】  また、発光素子あるいは受光素子などの半導体光素子では、その性能を高めるために、活性領域の結晶性を向上する工夫がなされている。【００１０】  半導体中の点欠陥や転位の低減によって、光素子の効率を向上することができるが、近年ＥＬＯ法による基板からの貫通転位の低減による発光素子の高効率化が行なわれている。【００１１】  ＥＬＯ法は半導体基板上に主に絶縁膜からなるＥＬＯ成長用のマスク層を形成して、その一部を開口して、開口部をシードとする沿面成長を生じせしめ、マスク層上に横方向にエピタキシャル成長することによって、基板からの貫通転位の導入を阻止して、高効率な発光素子を形成できる構造あるいは方法である。【００１２】  このＥＬＯ法によって、大きく格子定数が異なる基板結晶上へ低転位の半導体活性層を形成することが出来る。【００１３】  しかし、ＥＬＯ層の面積拡大のために、ＥＬＯ層同士を会合させると、その会合部分に高密度の転位が発生することが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】  本発明は、これら従来技術の欠点を取り除き、複雑な工程を経ることなく、ＥＬＯ法を適用して大面積の無転位層を形成し、効率的に光を外部に取り出すことができる構造を提供する。本発明は、発光素子だけではなく、受光素子にも適用できる。【００１５】  本発明は、従来技術の欠点である半導体基板での光吸収を無くして、効率的に光を外部へ取り出すことが課題の一つである。【００１６】  また、本発明は半導体活性層下部に直接金属ミラーが配置されることによる金属汚染を回避することが課題である。【００１７】  本発明は、効率的に光を外部に取り出すための複雑なアセンブリ工程を不要とすることが課題である。【００１８】  本発明は、ＥＬＯ法で大面積の活性層を形成するために用いられるＥＬＯ層同士の会合部に発生する高密度転位を無くすことが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】  半導体基板を通過する光の減衰を解決するために、本発明は光が発生する活性層直下に金属ミラー層を配置する。【００２０】  金属ミラー層に直接半導体活性層が接することによる金属汚染を解決するために、本発明は、金属ミラー層は半導体基板とＥＬＯ成長用マスクの間、あるいはＥＬＯ成長マスク中に配置して、金属と半導体活性層が直接、接触しない構造を採用する。【００２１】  本発明は、従来技術の、一旦半導体基板上に形成した素子層構造において、半導体基板を除去した後に、薄く破損しやすい素子層のみを再び金属ミラー構造のステム上にアセンブリを行なう複雑な工程を排除するために、ＥＬＯ成長用マスク下部あるいはＥＬＯ成長マスク内に金属ミラーを配置する。【００２２】  本発明は、無転位ＥＬＯ成長層を形成するために、ラインアンドスペース（以下Ｌ＆Ｓと言う）形状の開口部を形成したＥＬＯ成長用マスク層を用いる。【００２３】  本発明は、無転位ＥＬＯ成長層を形成するために、Ｌ字型形状の開口部を形成したＥＬＯ成長用マスク層を用いる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】  以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。【００２５】  半導体基板１上の一部に、金属ミラー層２が形成され、金属ミラー層２は、ＥＬＯ成長用マスク層３で覆われる。金属ミラー層２とＥＬＯ成長用マスク層３の一部には、半導体基板１まで貫通した開口部９が形成されている。【００２６】  半導体基板１まで貫通した開口部９をシードとして、金属ミラー層２を内蔵したＥＬＯ成長用マスク層３上に半導体積層膜５からなるＥＬＯ層が形成される。ＥＬＯ成長層は液相成長法や気相成長法など種々の方法が適用できる。このＥＬＯ成長層には少なくとも１つの発光領域や受光領域が含まれる半導体光素子を形成している。【００２７】  次に、この実施形態の製造方法を説明する。【００２８】  半導体基板上１の一部に金属ミラー層２となる部分を形成する方法は、例えば真空蒸着によって形成されたＴｉ層をリフト・オフ法により、例えば三角形状や四角形状の所望の形状に形成することができる。【００２９】  また半導体基板上１に初めに全面金属ミラー層を形成した後、金属エッチングによって所望の形状にする方法も適用できる。金属ミラー層のエッチングは、溶液によるウェットエッチング法も可能であり、プラズマエッチング法やスパッタリング法も適用できる。【００３０】  その後、所望の形状の金属ミラー層２が形成された半導体基板上１に、ＥＬＯ成長用マスク層３となるシリコンチッカ膜を堆積する。シリコンチッカ膜堆積は、堆積温度を低くすることが可能で、かつ損傷が少ない利点を持つ、リモートプラズマ堆積法で行うことができる。リモートプラズマとは、プラズマ発生領域と堆積領域を隔離して配置する構成である。アンモニアと数％濃度のモノシランを原料ガスとして供給し、１３．５６ＭＨｚの高周波電源でプラズマ状態にすることで、基板温度２７０℃程度の低温でシリコンチッカ膜を堆積することが可能である。ＥＬＯ成長用マスク材料はシリコンチッカ膜に限らず、シリコン酸化膜でも良い。【００３１】  所望の形状の金属ミラー層２を形成された半導体基板上に、ＥＬＯ成長用マスク層３となる例えばシリコンチッカ膜を堆積された半導体基板１は、ＥＬＯ成長用のシード領域となる半導体基板まで達する開口部９を形成するため、通常のフォトリソグラフィー工程を経た後、マスク層の一部がエッチングで除去される。金属ミラー層２部分は、あらかじめ開口部を形成する領域からはずした形状が配置される。マスク材料の一部のエッチングは、その寸法精度により溶液によるウェットエッチングでも可能であるし、寸法精度を求められる場合にはプラズマエッチングが適用される。シリコンチッカ膜の場合は、溶液エッチングであればバッファＨＦ溶液などが用いられるし、プラズマエッチングであればＣＦ４あるいはＣ３Ｆ８プラズマエッチング法が適用できる。また、損傷が深刻でない半導体基板であれば、Ａｒイオンスパッタリングでも可能である。【００３２】  ＥＬＯ成長のシードとして用いられる開口部９が形成された、金属ミラー層２を持つＥＬＯ成長用マスク層３上に半導体光素子の活性層となる半導体積層構造５を形成するが、それには種々のエピタキシャル成長法が適用できる。液相成長法や気相成長法そして超高真空中の結晶成長法でＭＢＥ法なども適用できる。【００３３】  半導体光素子の活性層となる半導体積層構造５は、発光ダイオードなどの発光素子や受光素子であればホモ構造あるいはヘテロ構造のｐｎ接合から形成される。受光素子であればｐｎ接合に限らず金属半導体接触構造でも良い。
【発明の効果】
【００３４】  本発明の半導体光素子は、高効率に発生した光を高効率に素子外部に取り出す効果を有する。同時に、簡単な工程で構成できる効果を有する。
【００３５】  本発明の効果を発光素子について説明する。
【００３６】  本発明の構造では、ＥＬＯ成長用マスク層３上の半導体積層構造５から発生する光は、直接発光素子前面に放射される光に加えて、マスク層直下の金属ミラー２によって素子前面へも反射されるから、高効率に光を無駄なく素子から取り出すことが可能となる。
【００３７】  また、従来技術で行われたように、一旦半導体基板上に発光素子構造を形成した後に、半導体基板を除去して、薄い破損しやすい発光素子部分のみを裏返して金属ミラー状のステム上にアセンブリするなどの複雑な工程を経る必要がない。
【００３８】  本発明は、ＥＬＯ成長法で発光素子を形成する半導体積層構造を形成するので、半導体基板と格子定数や結晶形態が異なる半導体積層構造を形成してもミスフィット転位の導入がなく、転位に基づく発光効率の低下がない高効率な発光素子が形成できる。
【００３９】  そしてＥＬＯ成長法で発光素子を形成しているので、半導体基板が高密度の転位を含んでいても、発光領域の半導体積層構造には転位が伝播しないので、転位に基づく発光効率の低下がなく、高効率の発光素子が形成できる。
【００４０】  本発明の素子構造では、発光領域である半導体積層構造が、直接金属ミラー層と接触しないので、発光領域の金属汚染がなく、金属汚染による発光効率の低下がない、高効率な発光素子が形成できる。
【００４１】  本発明のＥＬＯ成長層からなる発光領域である半導体積層構造は、Ｌ字型開口部から形成されると無転位ＥＬＯ成長層となるため、高効率の発光が可能となる。
【００４２】  また、本発明の発光素子は、電子正孔対が再結合してもっとも電力消費が集中する半導体積層膜５の接合近くに金属ミラー層２が配置されているので、この金属膜を通じた放熱が可能であり、高電流注入することができるから高輝度発光素子に適した構造である。
【００４３】  本発明の発光素子は、金属ミラー層２を半導体基板１に対する電極として用いることができるから、他の電極４と併せて接触抵抗を低減することが可能となるため、高効率発光素子に適している。
【００４４】  次に、本発明の半導体光素子を受光素子とした場合の効果を述べる。
【００４５】  本発明の構造では、受光すべき光がＥＬＯ成長用マスク層上の半導体積層構造へ入射し、さらにマスク層直下の金属ミラーによって再び光検知領域である半導体積層構造へ反射するから、高効率に光を無駄なく検知することが可能となる。
【００４６】  本発明は、ＥＬＯ成長法で受光素子を形成する半導体積層構造を形成するので、半導体基板と格子定数や結晶形態が異なる半導体積層構造を形成してもミスフィット転位の導入がなく、転位に基づく暗電流の増大がない高感度な受光素子が形成できる。
【００４７】  そしてＥＬＯ成長法で受光素子を形成しているので、半導体基板が高密度の転位を含んでいても、発光領域の半導体積層構造には転位が伝播しないので、転位に基づく暗電流の増大がなく、高感度の受光素子が形成できる。
【００４８】  本発明の素子構造では、発光領域である半導体積層構造が、直接金属ミラー層と接触しないので、発光領域の金属汚染がなく、金属汚染による暗電流の増大がない、高感度な受光素子が形成できる。
【００４９】  本発明のＥＬＯ成長層からなる受光領域である半導体積層構造は、Ｌ字型開口部から形成されると無転位ＥＬＯ成長層となるため、暗電流が小さく高感度の受光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】  本発明の発光素子としての基本構造を示した断面図である。
【図２】  本発明の受光素子としての基本構造を示した断面図である。
【図３】  本発明の製造工程を示した断面図である。
【符号の説明】
【００５１】      １  半導体基板
２  金属ミラー層
３  ＥＬＯ成長用マスク層
４  電極
５  半導体積層膜
６  反射光
７  発生光
８  入射光
９  ＥＬＯ成長用開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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